能源互聯(lián)下電力系統(tǒng)自動化發(fā)展方向分析

李瀛寰

（赤峰金劍銅業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

0 引 言

能源互聯(lián)網(wǎng)使用先進的智能管理和電子信息等技術(shù)，通過連接分布式能量采集裝置、能量存儲裝置及多類型負(fù)載等，實現(xiàn)能量的對等交換和雙向流動，并共享網(wǎng)絡(luò)。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)模式難以滿足經(jīng)濟、可靠、高質(zhì)量以及安全的發(fā)展要求下，電力系統(tǒng)自動化不斷摸索前行，可將能源互聯(lián)與電力系統(tǒng)自動化相結(jié)合，有助于全面建設(shè)電力系統(tǒng)。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 概 念

能源互聯(lián)網(wǎng)是指以清潔能源輸送為主并以特高壓電網(wǎng)為通道的大范圍互聯(lián)電網(wǎng)，連接各種大型能源基地和分布式電源，將海洋能、太陽能、風(fēng)能以及地?zé)崮茌斔椭岭娏蛻簦前踩阅芨摺⒎?wù)范圍廣且低碳綠色的能源配置平臺，可保證能源的合理供應(yīng)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[1]。

1.2 特 點

能源互聯(lián)網(wǎng)利用互聯(lián)網(wǎng)軟件實現(xiàn)電力調(diào)度和供應(yīng)管理，可以有效減少能源損耗，提高能源利用率，具有3個特點。

第一，以物聯(lián)為基礎(chǔ)。能源互聯(lián)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建完備物聯(lián)網(wǎng)，保障能源調(diào)配與應(yīng)用，實現(xiàn)綜合能源利用管理。

第二，覆蓋范圍廣。各地能源條件不同，在采集、利用與存儲能源時，無法集中管理，需遵循屬地就近原則，選擇富集能源地區(qū)構(gòu)建電站系統(tǒng)，實現(xiàn)電力電站廣泛分布。并且，由于接入了民用供電單位或家用太陽能等設(shè)備，可擴大系統(tǒng)范圍，實現(xiàn)全域連接。

第三，管理信息化。借助傳感設(shè)備進行能源場信息采集，以此計算現(xiàn)有能源數(shù)據(jù)，通過比對分析各類型數(shù)據(jù)，為后續(xù)構(gòu)建電力系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。將上述信息詳細(xì)記錄保存下來，以實現(xiàn)電力站科學(xué)調(diào)配與布局，信息化處理電力能源，不斷完善電力系統(tǒng)[2]。

2 能源互聯(lián)與電力系統(tǒng)自動化的融合

能源互聯(lián)網(wǎng)與電力系統(tǒng)的融合，狹義是指能源網(wǎng)絡(luò)平臺融合，以解決傳輸能源問題，其中涉及諸多環(huán)節(jié)，如存儲能源何生產(chǎn)能源等。廣義是指建設(shè)整體能源系統(tǒng)。

2.1 智能融合

電力系統(tǒng)自動化具有安全可靠和經(jīng)濟高效等特點。結(jié)合計算機、通信及電力等新興技術(shù)，以電力系統(tǒng)為主體智能融合能源互聯(lián)網(wǎng)，進而構(gòu)建快速響應(yīng)的電力傳輸系統(tǒng)，可實現(xiàn)電力系統(tǒng)升級[3]。

2.1.1 物理融合特征

以電力系統(tǒng)融合網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)具有電網(wǎng)中心特點，可將能源體系劃分為微觀與宏觀。以微觀而言，其能夠接入眾多DG，實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)與能源自治，建設(shè)若干微電網(wǎng)單元。而宏觀上以高壓直流/交流大電網(wǎng)為主干架，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心建立風(fēng)能/光伏能源資源互補。化石能源逐漸被可再生能源替代，可在生能源作為社會應(yīng)用的主要能源能夠向電能轉(zhuǎn)化，擺脫傳統(tǒng)能源束縛，應(yīng)用綠色能源，減少環(huán)境污染[4]。

2.1.2 信息融合特征

融合電力系統(tǒng)中，以專用通信網(wǎng)絡(luò)為主引入大數(shù)據(jù)和云計算等，利用強大的計算功能構(gòu)建全網(wǎng)測量體系，提高電力系統(tǒng)融合主體網(wǎng)絡(luò)彈性，進而保證其安全運行。微電網(wǎng)能量主體為調(diào)度運營商，通過調(diào)動微電網(wǎng)控制單元來控制DG、儲能及負(fù)荷，保證功率平衡，從而實現(xiàn)安穩(wěn)控制及優(yōu)化運行。在大電網(wǎng)信息交互過程中，控制能量流與結(jié)算電量信息從上往下傳送至運營商，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制[5]。電力系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 電力系統(tǒng)框架

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 能源存儲技術(shù)

儲能技術(shù)可以解決可再生能源發(fā)電隨機波動等問題，實現(xiàn)平滑負(fù)荷，提高設(shè)備運行效率與利用率，減少峰谷差，促進系統(tǒng)穩(wěn)定運行。電能存儲技術(shù)能夠在消費和生產(chǎn)電能時，通過時間及空間進行解耦，更為高效地利用電能，以提高利用效率。而超導(dǎo)磁儲能、超級電容器儲能以及飛輪儲能則難以達(dá)到兆瓦級，因此需進一步研究降低成本和提高能量密度的措施。壓縮空氣儲能為大規(guī)模儲能，存在需建造特定儲氣室并依賴化石能源等缺點，可向壓縮空氣液化或微小型等方向發(fā)展。此外，當(dāng)前建立和運營儲氣庫是儲氣技術(shù)的重點，可在能源傳輸管中實現(xiàn)冷氣和熱氣的大規(guī)模存儲[6]。

2.2.2 能源轉(zhuǎn)換技術(shù)

能源聯(lián)網(wǎng)和電力系統(tǒng)融合需以能源轉(zhuǎn)換器為依托，除了化石能源、核、風(fēng)等一次能源向化學(xué)能、熱能以及電能轉(zhuǎn)化技術(shù)外，近幾年也研發(fā)了電轉(zhuǎn)氣（Power to Gas，P2G）技術(shù)、直流變壓器以及熱電冷聯(lián)產(chǎn)（Combined Cooling Heating and Powe，CCHP）技術(shù)等，具體如表1所示。

表1 能源轉(zhuǎn)換技術(shù)

2.2.3 能源傳輸技術(shù)

該技術(shù)與能源存儲和轉(zhuǎn)換技術(shù)類似，關(guān)鍵指標(biāo)是傳輸效率。當(dāng)前遠(yuǎn)距離能源傳輸或跨區(qū)域傳輸通常以電能和天然氣為主，其他能源受到效率限制僅采取城市級傳輸。近幾年，科研人員研究的提高輸電容量、增加輸電距離以及減少能源損耗的傳輸技術(shù)，如超導(dǎo)電纜輸電、柔性直流輸電及特高壓輸電等，對于推動以電力系統(tǒng)為中心的融合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有積極作用[7]。

2.2.4 信息系統(tǒng)安全技術(shù)

信息系統(tǒng)集信息采集、處理及傳輸于一體，可為電力系統(tǒng)自動化和能源互聯(lián)網(wǎng)融合提供支持，保證通信安全與信息質(zhì)量。在完善信息系統(tǒng)建設(shè)時，需優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，從下游采集設(shè)備信息并將其傳輸至應(yīng)用層，避免惡意網(wǎng)絡(luò)入侵。此外，在信息安全發(fā)展中，還需要加強技術(shù)研究，降低安全維護成本。

3 能源互聯(lián)下電力系統(tǒng)自動化發(fā)展方向

3.1 電力系統(tǒng)高效化

GPS系統(tǒng)作為遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)自動化中應(yīng)用十分廣泛，能夠動態(tài)監(jiān)測電力系統(tǒng)的安全性，匯總電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)與智能控制，為電力系統(tǒng)自動化實時控制提供助力。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用GPS技術(shù)也能夠突出其精準(zhǔn)性高、實效性強和投入成本低等特點，使得實際運行中電力系統(tǒng)愈發(fā)高效。同時，還要不斷研發(fā)新型設(shè)備與技術(shù)，推動電力系統(tǒng)高效發(fā)展[8]。

3.2 電力系統(tǒng)簡單化

人工操作模式中，由于電力系統(tǒng)過于煩瑣易產(chǎn)生操作失誤，引發(fā)系統(tǒng)故障。而自動化電力系統(tǒng)可簡化電力系統(tǒng)操作，實現(xiàn)系統(tǒng)智能運行與控制，從煩瑣人工操作轉(zhuǎn)變成簡單計算機操作。在能源互聯(lián)發(fā)展下，進一步更新和調(diào)整電力系統(tǒng)，使其向簡單化方向發(fā)展，避免人為操作失誤造成電力故障，提高工作效率[9]。

3.3 電力系統(tǒng)智能化

能源互聯(lián)發(fā)展下，自動化電力系統(tǒng)逐漸向智能化方向發(fā)展。智能化電力系統(tǒng)可提高供電效率，減少系統(tǒng)故障，提高故障容錯率。科研人員對此不斷深入研究，加上能源互聯(lián)信息交換，可促進系統(tǒng)向穩(wěn)定可靠的方向發(fā)展，推動智能電網(wǎng)建設(shè)[10]。

4 結(jié) 論

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對電力的需求更大。能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用了先進的電子技術(shù)、智能管理技術(shù)以及信息技術(shù)，可連接電力網(wǎng)絡(luò)能源節(jié)點，因此在電力系統(tǒng)自動化中融合能源互聯(lián)可為電力企業(yè)提供助力，推動電力系統(tǒng)自動化向智能化、高效化以及簡單化的方向發(fā)展。